Question

【題目】氮化鋁(AlN)是一種新型無機(jī)材料，廣泛應(yīng)用于集成電路、陶瓷等生產(chǎn)領(lǐng)域。工業(yè)上由氧化鋁與焦炭在氮氣流中高溫制得:Al2O3+3C+N22AlN+3CO。請回答:

(1)上述反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比___________________。

(2)制得的氮化鋁產(chǎn)品中常含有Al4C3、Al2O3和C等雜質(zhì)，已知:

	稀硫酸(過量)	濃NaOH溶液(過量)
AlN	2AlN+4H2SO4=Al2(SO4)3+(NH4)2SO4	AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3 ↑
Al4C3	Al4C3+6H2SO4=2Al2(SO4)3+3CH4 ↑	Al4C3+4NaOH+4H2O=4NaAlO2+3CH4 ↑

為測定產(chǎn)品中AlN和Al4C3的含量，設(shè)計了如下兩套實驗裝置(在通風(fēng)櫥進(jìn)行，可適當(dāng)微熱，忽略空氣中水蒸氣、CO2的影響及NH3在強(qiáng)堿性溶液中的溶解)。

裝置I、II在反應(yīng)前后的質(zhì)量差分別為m1 g和m2 g，則m g產(chǎn)品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為______(用含m、m1、m2的代數(shù)式表示)。

(3)取裝置I中反應(yīng)后的濾液，先加入少量(NH4)2SO4溶液，然后依次進(jìn)行蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、用少量酒精洗滌、濾紙吸干，得到銨明礬晶體[NH4Al(SO4)2·12H2O]。

①蒸發(fā)濃縮操作時，除需鐵架臺(帶鐵圈)、酒精燈、坩堝鉗、玻璃棒外，還需要_______(填儀器名稱)；蒸發(fā)濃縮的操作；小火加熱，不斷攪拌，_________。

②用少量酒精洗滌的目的__________________________。

(4)已知:25℃時，Kw=1.0×10-14，Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5，Kb(Al(OH)3]=1.4×10-9。

① NH4Al(SO4)2溶液中離子濃度由大到小的順序_________________。

②(NH4)2SO4溶液中存在水解平衡，則水解平衡常數(shù)為_____________。

Answer 1

【答案】 1:3 [41(m2-m1)/17m]× 100% 蒸發(fā)皿 當(dāng)液面上出現(xiàn)晶膜時停止加熱 洗去晶體表面附著的水分 c(SO42-)>c(NH4+)>c(Al3+)>c(H+)>c(OH-) 5.6×10-10

【解析】(1)根據(jù)反應(yīng)Al2O3+N2+3C2AlN+3CO，反應(yīng)中氮元素化合價從0價變化為-3價，做氧化劑，被還原為AlN，碳元素化合價從0價變化為+2價，做還原劑，被氧化為一氧化碳，所以氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1:3；故答案為：1:3；

(2)根據(jù)發(fā)生的反應(yīng)：裝置I中發(fā)生2AlN+4H2SO4=Al2(SO4)3+(NH4)2SO4、Al4C3+6H2SO4=2Al2(SO4)3+3CH4↑，則生成甲烷的質(zhì)量為m1g，裝置II中發(fā)生AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑、Al4C3+4NaOH+4H2O=4NaAlO2+3CH4↑，生成的甲烷和氨氣的質(zhì)量之和為m2 g，則生成氨氣的質(zhì)量為(m2- m1)g，因此AlN的質(zhì)量為×41g/mol=g，因此mg產(chǎn)品中AlN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=×100%，故答案為： ×100%；

(3) ①蒸發(fā)濃縮操作時，除需鐵架臺(帶鐵圈)、酒精燈、坩堝鉗、玻璃棒外，還需要蒸發(fā)皿；蒸發(fā)濃縮的操作；小火加熱，不斷攪拌，當(dāng)液面上出現(xiàn)晶膜時，停止加熱，故答案為：蒸發(fā)皿；當(dāng)液面上出現(xiàn)晶膜時，停止加熱；

②用少量酒精洗滌，可以洗去晶體表面附著的水分，同時可以減少銨明礬晶體的損失，故答案為：洗去晶體表面附著的水分；

(4)①根據(jù)Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5，Kb(Al(OH)3]=1.4×10-9可知，堿性NH3·H2O ＞Al(OH)3，則NH4Al(SO4)2溶液中Al3+水解程度大于NH4+，溶液顯酸性，離子濃度由大到小的順序為c(SO42-)>c(NH4+)>c(Al3+)>c(H+)>c(OH-)，故答案為：c(SO42-)>c(NH4+)>c(Al3+)>c(H+)>c(OH-)；

②(NH4)2SO4溶液中存在水解平衡，則水解平衡常數(shù)K===5.6×10-10，故答案為：5.6×10-10。